X射线法评估灭弧室真空度的可能性研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)上海电气输配电试验中心有限公司 作者:郭丽萍

  本文主要针对目前中压开关设备中使用非常广泛的真空灭弧室,研究其X射线吸收剂量率与真空度的关系,探讨以X射线吸收剂量率作为参量评估真空灭弧室的真空度的可能性。实验结果表明,经过电压老炼的真空灭弧室,在真空度低于10-2 Pa时,也可能通过工频耐压试验,但其X射线发射的起始平均电场强度显著降低。因此X射线测量可与工频耐压试验配合进行,以检测出可通过耐压、但真空度已低于10-2 Pa的灭弧室。

  1、引言

  随着智能电网的发展,越来越多的在线监测设备将会用于监控电网一次设备的运行。真空开关作为电网中至关重要的开关设备,其运行状态的在线监测将为确保电网的安全运行起到极其重要的作用。目前,开关设备的在线监测主要限于机械特性和温升等,对于决定开断能力的灭弧室的状态监测,还没有成熟可靠的方法。离线检测真空度的方法相对较为成熟,目前采用的方法主要有两种:即工频耐压法和磁控放电法。两种方法虽原理简单,但都有其不足之处。因此我们需要找到一种操作方法简便、具有一定准确度的方法来对灭弧室真空度状况进行评估。

  X射线法测量方法简易,测试仪器和真空灭弧室没有电气联系,但是专门针对真空灭弧室X射线发射的机理和影响因素的深入研究很少,国内外对于灭弧室真空度和X射线吸收剂量率之间的关系并没有确切的结论。本文主要针对目前中压开关中使用非常广泛的10kV电压等级的真空灭弧室,研究其X射线吸收剂量率与真空度的关系,探讨以X射线吸收剂量率作为参量评估真空灭弧室真空度的可能性。

  2、真空度测量方法

  真空技术中将广阔的真空度范围划分为低、高、超高、极高等区域。其中高真空区域的气体压力为 10-1~10-6 Pa,这一区域的后半段,即 1.33 ×10-3 ~1.33 ×10-6 Pa 是真空灭弧室通常采用的真空度范围[2]。真空度的高低对灭弧能力有重要影响。

  实验表明:真空度在10-3 Pa 数量级时就能够可靠地灭弧;真空度在低于5×10-2 Pa 时就不能够可靠地灭弧了。真空灭弧室的相关标准规定, 新出厂的灭弧室真空度须大于1.33×10-3 Pa 。

  目前离线检测真空度的方法主要采用工频耐压法和磁控放电法。工频耐压法只能发现严重漏气的灭弧室,对于真空度低于10-2~10-1Pa,甚至达到1Pa 的灭弧室,虽然也可能通过工频耐压试验,但实际上已失去开断短路电流的能力。显然工频耐压法的判断精度很低,对于处于临界状态的真空灭弧室将无能为力。磁控放电法是利用正交的电场与磁场,增加电子的运动行程从而达到增加其与灭弧室内残余气体分子的碰撞动能,提高电离概率,通过测量放电产生的离子流大小,比较事先测定的该型灭弧室的真空度—离子流特性曲线,定量得到真空度数值。每次放电后电极表面对气体分子有吸附和脱附过程,从而影响真空度发生改变,造成测量重复性差的缺点。

  另外,为了小型化的目的,目前运行中大量使用的铠装移开式交流金属封闭开关设备,励磁线圈根本无法安装,因此磁控放电法仅适用于生产厂家在生产过程中对灭弧室真空度的检测,而不适用于现场检修期间的预防性试验。除工频耐压和磁控放电法外,国内外一直在进行真空灭弧室真空度的离线和在线检测方法的研究,如X射线法、电流开断法、触头压力法、电弧电压法、电光变换法、灭弧室内装微型磁控计法、通过分压电容检测屏蔽罩放电电流法、灭弧室内置悬浮电极的放电间隙法、检测局部放电的超声波法等,但都不很成熟,缺乏好的实用性。

  6、总结

  本文主要针对目前中压开关设备中使用非常广泛的真空灭弧室,研究其X射线吸收剂量率与真空度的关系。经过一系列试验发现:

  1) X射线吸收剂量率与外施电压/平均电场强度呈正比关系;

  2) 随着开距减小,X射线发射的起始平均电场强度趋近于触头表面最大场强;

  3) 灭弧室真空度高于10-2 Pa并为额定开距时,即使施加电压为工频耐受电压,其X射线吸收剂量率也很低,即远低于IEC标准规定的150μSv/h,且真空度的进一步提高对X射线吸收剂量率的影响较小;

  4) 在真空度低于10-2 Pa时,灭弧室也可能通过工频耐压试验,但其X射线发射的起始平均电场强度显著降低。

  利用真空度低于10-2 Pa时,X射线发射的起始平均电场强度显著降低以及相同测试条件下(开距和外加电压)X射线吸收剂量率突增的现象,可以判断灭弧室的真空度临界值。因此,这种方法可以考虑作为真空开关检修时预防性试验的一种真空度检测手段,与工频耐压试验配合进行,以检测出可通过耐压、但真空度已低于10-2 Pa的灭弧室,具有一定的实用性。

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